基础条件建设

一、实验观测场地及基础设施

地理特征

经多年建设和2020年度的进一步调整优化,观测站目前已形成了一核两园三中心的观测、 研究基础建设格局。瞄准自然资源山水林田湖综合资源的快速精准调查、监测、规划管理、 灾害防护开展空天地网多维一体化的综合管控信息技术和装备的实验、研发和技术推广、科普教育、 人次培养工作。

在北京市规划和自然资源委员会领导下,以中国地质大学(北京)为研发核心,建立了以北京上方山 国家森林公园和北京房山世界地质公园为研发实验和科普教育园区,建立了以二十一世纪空间技术应 用股份有限公司自有卫星和托管卫星监测服务为基础的卫星遥感监测技术研发中心、以中国地质大学 (北京)空间地理信息技术和国土资源大数据研发中心、以中国地质大学(北京)和北京市地质研究所 联合的地质灾害防治监测和自然资源地质环境研究中心的多元联合观测、实验、研发和科普教育育人体系基础建设格局。

研究站建设以来,依托“一核两园三中心”基础架构建设,研究站在实验用地、用房、水电基础设施、 专业科研设备及管理保障等基础条件建设上取得了长足的发展。研究站拥有包括房山世界地质公园 在内的百余平方公里的野外实验场地,其中核心区域实验场地达4.9万亩,建筑用地面积1.5万余平方米, 专用实验用房面积1286平方米,拥有5万元以上设备226台,总价值2253.8万元。各项基础条件优越, 保障了研究站各项科学研究和科普教育等工作的顺利开展。


房山研究站的重要野外核心实验区域上方山国家森林公园占地4944.4亩( 329.3公顷); 可供开展实验研究建设用地500余平方米,其中有会议室、研究室和食宿用房等,水电基础设 施齐备,各类生活服务设施齐全。配备山上山下多个食堂,可供不同地点实验人员就餐。园区 内遍布摄像头和实验观测传感装置,上山线路都经过修理整治,可安全到达山上各处。低海拔 区,汽车可直接通行,高海拔区都有人行步道和护栏等设施。各类通讯、电力和供水线路都能达 到山上山下。距中国地质大学(北京)校区实验研发中心约70公里,高速直达,交通方便。另外 在公园门口还有约2000平方米的闲置备用建设用房,水电齐全、建筑结构稳定、生活配套设施用房 齐全、可作为研究站将来拓展的后备空间。

上方山门口

核心科普宣传研究站房山世界地质公园博物馆占地面积(47698.3平方米); 处于长沟主干道边,交通便利,水电网等设施构筑物齐全,有接纳大型团队开展科 普的场馆和区域。研究站研究可兼用其场馆和设施开展科研观测和科普教学活动。

另外核心研发中心中国地质大学(北京)、周口店实习站、上方山国家森林公园及房山世 界地质公园博物馆各自还有专门的野外研究站研究工作实验用房等。从研究站实验园区的点 位布置、功能规划到实验场地、建筑、人员的落实等,整体搭建形成了房山研究站,在各类 实验、研究、教学科普的基础上建成了合勘查技术地学科技实验园区,各类用地面积超过预期 目标,达到计划目标要求。

二、现有主要观测仪器设备

现有仪器设备总价值3191万元,其中5万以上设备226台套, 价值2253.8万元,设备由专门实验设备保管员和设备存放实验室保管使用, 仪器设备管理维护规范,设备状态良好,目前基本能够保障当前研究站实验计划的开展使用。

  • 系列无人机装备
  • DJI无人机S1000、M300 RTK Mavic2 Pro 精灵系列无人接系列6台套; 设备维护状态良好。近年来,年均使用率达到3-4个月,飞行架次超500架次, 现在有多台设备常年布置观测研究站,开展日常监测和数据采集。当前随着空 天地一体化及智慧园区、智慧研究站的建设,已获批计划还将购买4台无人机,开 展多类型的数据监测和教学科普活动。当前设备基本可以满足当前的观测需求。目 前已经通过常年的无人机监测数据采集和科研工作取得多项科研成果,获得多个大 型国家科技支撑项目支持,下阶段还将有更多地质、环境和自然资源调查项目落地研 究站园区开展试验工作。

  • 系列激光扫描仪、热红外、全景VR相机等便携野外数据采集装备
  • 研究站拥有地基激光扫描仪设备2套,莱卡station2 和Riegl vz6000,手持扫描仪Artec 1台, Einscan-Pr 1台。高分辨率数码相机SONY、 Cano等3台,便携式红外热像仪ALT800 1台, 全景影采集相机 DJI 3台,GPS/PAD/TS超棱镜及软件 1台,激光雷达 slam 1台,GPS/INS组合 导航系统(数据采集处理系统)1套,维护状态良好。目前年使用率在3个月左右。地基扫描仪 主要用于野外岩壁崩塌点地质灾害的重点监测、野外精细地表数据获取和配合无人机开展相关地形测绘、科研教学等。 手持扫描仪年使用率在5个月左右,主要用于研究站岩石样本扫描、野外古籍勘查记录和配合3D打印开展地物建模工作等。 现已依托研究站野外采集溶洞激光扫描数据,开展了系列研究和古迹发掘工作,取得了明显的进展, 协助发现上方山研究站的多处古迹遗迹和重要文物,相关成果正整理之中,后续即将公开。

  • 系列GNSS设备
  • 目前,研究站用于GNSS设备40余套,其中测量型GNSS 20套;导航数据采集型GNSS 20套, CORS基准站系统1套;目前设备维护良好。年使用率在6个月以上。主要用于研究站野外观测场地控制点测量, 地表重要地质点观测数据采集和固定点的长期监测等,用于构建智慧数字园区系统的基本数据采集, 配合激光雷达、无人机实验观测作业,开展卫星遥感数据的控制配准校正工作,地质灾害点的形变监测, 以及教学科普宣传研究实验等工作。当前构建智慧研究站及各大重点项目的野外数据采集都离不开GNSS 设备的辅助观测,在整个研究站项目建设中起到了重要支柱作用。当前设备基本够用,后期随着研究的深入 和新设备的研发,还将进一步购置和研发精度更高、速度更快、互联互通的多类型GNSS设备。

  • 系列3D打印设备
  • 目前研究站建立有地质3D打印实验中心实验室,购置有3DS公司的多类型ProJet 660 Pro 、 Z500、CubePro Duo以及弘瑞公司的MR300等4台3D打印设备。目前设备状态良好。当前设备 年使用率在10个月以上,广泛支持了研究站各类地学标本模型、地形模型、特殊构造、装备研 发设计、教学科普、科学实验的工作。特别是支持了研究站各类空天一体设备的开模设计阶段的 实验需求,和重要岩石矿物标本的复制、土地利用中村镇调查的各类农房农地的建模打印等。当 前设备基本能够满足研究站各种需求,将来随着研究站研究任务的拓展和相关技术的更新,还将进 一步更新新设备。3D打印实验室通过多年的实验研究,也获得了丰富的数据、技术经验的储备,取 得了多项发明专利等成果。

  • 虚拟仿真实验平台设备
  • 目前研究站拥有曼恒系列虚拟仿真系统一套,结合服务器、立体投影构建了一套集裸眼与3D眼镜一体的, 多元沉浸式虚拟仿真系统。目前设备状态良好,设立了专门的虚拟仿真教学实验中心,配置了各自平台 和观众席位及音响系统。年使用率在9个月以上。主要用于研究站成果数据的制作、展示、虚拟仿真教学 和科研科普宣传等。当前实验中心年接待参观体验和实验人数达1.4万人次。

  • 系列超算中心、云服务器设备
  • 目前研究站拥有曙光超算系统 2套,机架式服务器50套,GPU并行运算服务器2套, 图形工作站15套,阿里云平台3套,磁盘整列5套,综合监控指挥中心1套。

  • 系列专业软件设备
  • 目前研究站拥有曙光超算系统 2套,机架式服务器50套,GPU并行运算服务器2套, 图形工作站15套,阿里云平台3套,磁盘整列5套,综合监控指挥中心1套。

  • 野外固定观测设备
  • 目前在整个研究站布设有大量摄像头、生态云监测系统、地质灾害防空系统、 地质灾害监测系统等。设备24小时运转,定时维护,目前状态良好。

三、条件保障情况

设置专门设备管理部门

当前各类设备都有记录台账,由研究站和学校成立专门设备管理部门,专门负责设备的采买、登记、日常巡检维护等工作。

设置专门专业人员负责设备的使用维护和共享服务

各设备都指定有专门专业人员负责设备的使用维护和共享服务。设备设备研究人员作为专业的设备使用 人员负责研究站各项观测工作的设备使用,包括设备共享的培训看护服务等,保障设备使用的安全和经常性的维护、 检修,妥善固定存放等。外业工作必须做好必要设备准备和安全防护工作和设备清点工作。

研究站工作生活条件及开放能力

目前研究站各区都有专门的工作室和常驻人员的住宿场所,研究站交通便利,生活设施齐全, 都配有食堂和后勤服务人员,能够保证日常观测研究工作的正常开展。客座研究人员也都有相关的 临时客房和周边的旅馆可以安排接待。对外开放方面,地质博物馆和上方山国家森林公园常年组织各类科普参观活动, 室内空间有1万平方米以上,年均接待人数超10万人次,满足大批量开放需求。2020年度受疫情影响曾闭馆中断数月, 接待人数有所减少,主要以散客为主,约在10490人。疫情期间地大园区利用研究站多年实验研究形成的地理环境虚拟 仿真系统,在线上开展上方山虚拟考察教学实习,采用多种形式坚持开展教学和科普工作。

观测数据积累及质量情况

一、观测数据情况

研究站面向国土资源调查、监测和勘查新技术的研发和国土规划、土地利用变化监测模拟、灾害防控、 自然资源大数据系统综合管控等技术的研究,野外实验监测的内容很多,主要的基础监测数据如下表所示:

二、数据汇聚、积累情况

研究站观测实验数据根据实验依托的项目和研究内容的不同已分类开展建库入库工作, 并与其他专业数据汇聚形成系列数据库成果,包括:国土空间规划数据库、农村集体土地调查数据库、 研究站卫星影像数据库、研究站无人机航拍影像数据库、研究站基础地理信息数据库、研究站植被调查数据库、 研究站地质灾害信息数据库、研究站智慧园区综合观测数据库等。当前数据已及时入库运行,并形成园区大 数据的一部分,成为园区建设智慧园区的重要数据支撑,已经在园区各项资源和人员及科研业务管理工作中发挥了重大的效能:

三、数据质量情况

本野外研究站在开展科学实验和数据采集,试制研发新设备、新技术方法的过程中,遵循规范性原则,从数据采集的方案,设备指标、采集操作过程和数据成果质量、包括后续数据处理,都要严格参照现有的国标、行标开展实验和采集工作。在新技术、新设备、新方法没有现成的国标、行标的情况下,也尽可能在最终成果的形式上跟现有的国标行标对接,使成果能跟实际应用接轨。同时在实验过程中,总结经验,尝试对新技术方法自己制定等试用的标准,规范操作和实验过程,保证实验成果数据质量符合国家或行业规范要求。这里列举了部分实验参考的标准: (1)《通用型无人机操作使用要求》GJB 6722-2009; (2)《无人机航摄系统技术要求》CH/Z 3002-2010; (3)《实景三维地理信息数据激光雷达测量技术规程》CH/T 3020-2018; (4)《土地利用现状分类》GB/T 21010-2017 (5)《遥测数据处理》GJB2238-94; (6)《卫星定位城市测量技术规范》CJJT 73-2010 (7)《国家大地测量基本技术规定》GB 22021-2008 (8)《测绘技术设计规定》CHT 1004-2005 (9)卫星定位测量技术规范 DGTJ08-2121-2013